數(shù)字電視信號的測量指標

朱小鋒

摘要：本文介紹了數(shù)字電視測量的主要指標包括MER、BER、C/N、星座圖等，并對測量中所帶來的問題進行了詳解。

關(guān)鍵詞：MER、BER、星座圖、C/N

Abstract： This paper introduces the key specification of the digital TV measurement， which includes MER， BER， C/N， constellation drawing and so on. And the measurement problems are given a detailed analysis.

Keywords： MER，BER， constellation drawing，C/N

數(shù)字電視的含義并不是指我們一般人家中的電視機，而是指電視信號的處理、傳輸、發(fā)射和接收過程中使用數(shù)字信號的電視系統(tǒng)或電視設(shè)備。其具體傳輸過程是：由電視臺送出的圖像及聲音信號，經(jīng)數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制后，形成數(shù)字電視信號，經(jīng)過衛(wèi)星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數(shù)字電視接收后，通過數(shù)字解調(diào)和數(shù)字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。因為全過程均采用數(shù)字技術(shù)處理，因此，信號損失小，接收效果好。

數(shù)字電視的收看，最終還是視音頻信號，因此它仍然有類似模擬視音頻的技術(shù)指標，

如圖1所示，由電視信號發(fā)生器輸出信號，送至被測系統(tǒng)，由解碼器輸出SDI串行數(shù)字音視頻信號，再經(jīng)D/A變換為模擬復(fù)合信號供作視音頻測試，指標有亮色增益、亮色延時、微分增益、微分相位、多波群響應(yīng)、信噪比、K因子、音頻信號分析等。如采用數(shù)字視音頻分析儀，則從標準解碼器后取得SDI串行數(shù)字視音頻信號進行測試。

這對于前端，用戶端或各接點處，都是很重要的。在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中，模擬射頻指標仍然很重要。C/N模擬要求43dB，數(shù)字要求降低到28dB。一般來說，模擬傳輸網(wǎng)絡(luò)合格，數(shù)字傳輸就沒有問題。

一、數(shù)字電視信號電平的剖析

1、對數(shù)字平均功率電平的探討

1）每赫功率法可用在所有的數(shù)字電視信號及其他數(shù)字信號測量。

2）各種信號都可以用功率的概念來量度，但在實際使用中較困難，故用電壓來量度，則應(yīng)根據(jù)信號特征擬定不同的條件取樣。

3）模擬電視采用同步脈沖峰值電平來量度，數(shù)字電視是以平均功率電平來量度，兩種取樣的概念不一樣的，雖然都是以電平為單位，但不是同一量網(wǎng)。

2、有線數(shù)字傳輸網(wǎng)路電平設(shè)置探討

1）廣電部門建議：模擬電視60～80dBμv 、數(shù)字電視50～70dBμv、數(shù)字較模擬低10dB

2）具體設(shè)置：a、設(shè)最小電平應(yīng)大于機頂盒或終端用戶的數(shù)字電視接收機最低電平。一般不小于45dBuV。b、最大電平應(yīng)保證發(fā)射設(shè)備，傳輸網(wǎng)絡(luò)中的光收、光發(fā)、放大器、濾波器等設(shè)備不失真，即CSO、CTB、大于44dB。

對有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，質(zhì)量較好，即C/N、CSO、CTB指標都較好的網(wǎng)絡(luò)來說，其電平設(shè)置數(shù)較為寬松，否則應(yīng)非常謹慎。

3、數(shù)字電平的設(shè)置

對于有線傳輸網(wǎng)路來說，有前端設(shè)備、光發(fā)射機、光接收機、放大器、分支器等，它們都分別有具體的技術(shù)指標要求，但共同點是要具有小的噪聲，在噪聲一定情況下獲得大的電平輸出，以此得到好的信噪比或載噪比。

模擬電視采用同步脈沖峰值電平來量度，數(shù)字電視是以平均功率電平來量度，兩種取樣的概念不一樣的，雖然都是以電平為單位，但不是同一量網(wǎng)，因此數(shù)字電平不能用模擬儀器來測，一定要用數(shù)字電視儀器來測量電平。

二、BER誤碼率的剖析

噪聲是引起誤碼的原因，在數(shù)字電視傳輸中由于沒有載波。則使用信噪比Eb/No。

對于64QAM DVB-C，Rs=6.875Mbaud，BW=8MHz，

C/N（dB）= Eb/No（dB）+7.12

對于BER為1.E-4，Eb/No≈16dB，因此C/N≈23.5dB，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性和測量誤差一般要求27dB。顯然，為了保證系統(tǒng)正常工作，都遠大于此數(shù)，故標準中未作嚴格要求。

關(guān)于BER的討論

1）誤碼率大，則使圖像產(chǎn)生馬賽克，甚至黑屏，這在數(shù)據(jù)傳輸中更為重要，會斷線。

2）BER與數(shù)字電視傳輸流TS的噪聲有關(guān)，這與設(shè)備、器件和傳輸系統(tǒng)的噪聲有關(guān)。

3）BER與數(shù)字電視信號大小有關(guān)，一般應(yīng)大于55 dBμv。

4）造成誤碼除上述原因外，非常重要的突發(fā)噪聲，各種信號干擾。

三、MER調(diào)制誤差率及星座圖的剖析

噪聲、電源干擾、失真（CSO、CTB）、相位噪聲、對外干擾（入侵）、突發(fā)信號。干擾信號不直接對圖像產(chǎn)生直觀影響，統(tǒng)稱為廣義噪聲或無用信號。

MER是表征數(shù)字電視信號在尚未誤碼時，廣義噪聲狀況的數(shù)學表達方式。MER稱為調(diào)制誤差率，是以數(shù)學模型反映信號噪聲狀態(tài)。它主要反映信號在尚未誤碼時的噪聲狀態(tài)，此時并未誤碼，是系統(tǒng)處在亞誤碼狀態(tài)。MER并非是反映QAM調(diào)制器的質(zhì)量參數(shù)，而是反映信號受廣義噪聲干擾的參數(shù)。

四、載噪比C/N的剖析

載噪比C/N指已調(diào)制信號的平均功率與噪音的平均功率之比，載噪比中的已調(diào)制信號的功率包括傳輸信號的功率和調(diào)制載波的功率。

無論數(shù)字電視、模擬電視，或是衛(wèi)星電視、地面電視、有線電視，當系統(tǒng)設(shè)備安置完成，只要一工作它的噪聲狀態(tài)已確定，即噪聲大小已基本確定，這時需要在保證不失真的情況下，盡可能設(shè)置大的輸出電平，以獲得最佳的載噪比C/N ，一般用戶端要求：C/N>43dB， 40dB尚可 36dB無法看到圖像。

噪聲在模擬電視信號中直接影響電視圖像，過大的噪聲使得電視圖像畫面產(chǎn)生雪花，更嚴重者可無法看清圖像。對于數(shù)字電視來說，它不會直接影響圖像質(zhì)量，但它是廣義噪聲的主要來源。嚴重時，可能產(chǎn)生誤碼，使圖像出現(xiàn)馬賽克，更嚴重者，會出現(xiàn)黑屏，完全不能收看電視。因此載噪比C/N在數(shù)字電視中仍然是一個非常重要的指標。

測量方框圖如圖19所示

可以 適當?shù)念l譜分析儀或者矢量分析儀測量系統(tǒng)的載噪比。

HFC網(wǎng)絡(luò)放大器級聯(lián)過多或某級放大器指標裂化都會導致載波比下降從而引起誤碼，這種情況只需減少放大器級聯(lián)數(shù)就可以解決。

當有視頻調(diào)制使得在規(guī)定的帶寬范圍內(nèi)分不清噪聲時，應(yīng)去掉視頻調(diào)制或者在頻道的邊緣進行測量，可用實際噪聲相加的方法來解決。

五、數(shù)字電視測量中的問題

1、誤差定義

1）絕對誤差：測量結(jié)果與真值之差

△X=X0-X

其中： △X--相對誤差

X--測量值

X0--被測量真值

2）相對值誤差：絕對誤差與真值相比取百分數(shù)

4）測量誤差分類（特征）

·系統(tǒng)誤差——按某種特定規(guī)律變化的誤差。

它具有重復(fù)性，可采用各種修正辦法以使測量值近于真值。如由于溫度引起的誤差，頻響誤差，線性差，單調(diào)上升、下降誤差等。

·隨機誤差——沒有特定規(guī)律的誤差。

它沒有重復(fù)性，可以多次測量取平均值的辦法來減少測量誤差。 如讀數(shù)誤差，操作引入誤差，設(shè)備、器件不穩(wěn)定性的誤差，及各種偶然誤差。

5）一般儀器的誤差

·固有誤差——在基準條件下的誤差。

如溫度20℃，電壓220V±10%等。

·工作誤差——在說明書規(guī)定使用環(huán)境范圍內(nèi)的誤差。

如溫度-10——+45℃

特殊情況有：溫度、電源、振動、沖擊等條件范圍。

6）測量誤差的處理

·儀器的誤差一般都有正負值，如±2dB。

·儀器的誤差是測量值與標稱值之差（一般指標準值）

·兩個儀器之差

2、電平測量誤差分析

在有線電視中電平是采用等電平傳輸，電平大小對網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量影響很大。

在地面電視、衛(wèi)星電視中信號大小直接影響節(jié)目收看。

誤差來源：1）電平標準具有精度（固有誤差）——儀器出廠時由標準校正

2）儀器本身的誤差

3）阻抗匹配引起反射帶來誤差

4）外屏干擾、噪聲、接觸不良等引入誤差，特別是高頻、小信號。

在10uV以下。

3、 MER測量誤差分析

誤差來源：

1）電平測量誤差。

2）小信號測量誤差。

3）應(yīng)在大信號下65dB以上測量，否則引入誤差。

4）儀器靈敏度低，噪聲大，對MER值大引入誤差，甚至不能測量。MER誤差一般儀器上在±（1.5～2）dB.

4、關(guān)于C/N測量的誤差分析

每個儀器測量C/N誤差大小都不一樣，但誤差來源大致相同。

1） 信號載波電平測量誤差。通常是大電平，并調(diào)在儀器參考電平附近，一般在士1～士1.5dB。

2） 為了保證噪聲測量可能換量程測量，會帶來誤差，至少會帶來士0.3dB。最好不用換檔。

3） 噪聲測量是測量小信號，這帶來不小的誤差。

4） 修正值的不準確性帶來誤差。

5） 信號電平太小引入誤差。

6） 載波調(diào)制引入誤差。

7） 噪聲選擇點引入誤差。

8） 在高頻測量中的干擾及其他不確定度引入誤差。

值得特別說明，信號足夠大，又不引起儀器失真是非常重要條件。

六、結(jié)束語

隨著近年來數(shù)字電視技術(shù)的不斷發(fā)展，掌握和理解好數(shù)字電視傳輸中的主要指標十分重要。影響系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵指標歸結(jié)起來主要有電平、MER、BER、C/N、星座圖等組成的射頻和調(diào)制質(zhì)量指標。我國2010年全面實現(xiàn)數(shù)字廣播電視，2015年停止模擬廣播電視的播出。目前許多地方都在進行有線數(shù)字電視基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作。我們只有合理的規(guī)劃和調(diào)整好這些重要指標，才能有效保證數(shù)字電視信號的優(yōu)質(zhì)傳輸。

參考文章：

[1]王義杰.數(shù)字電視測量參數(shù)MER、BER的實現(xiàn)方法 ?？萍夹畔?。2011，13.